Metabolismo energético del eritrocito El metabolismo de los eritrocitos es limitado, debido a la ausencia de núcleo, mitocondria y otros orgánulos subcelulares. Aunque la unión, el transporte y la liberación de oxígeno y dióxido de carbono es un proceso pasivo que no requiere energía, existe una variedad de procesos metabólicos dependientes de energía que son esenciales para la viabilidad de la célula. Las vías metabólicas más importantes para el eritrocito maduro necesitan glucosa como sustrato. Estas vías se refieren a: glucólisis, ruta de la pentosa fosfato, vía de la hemoglobina reductasa, ciclo de Rapoport–Luebering Estas vías contribuyen con energía, al mantener: el potasio intracelular alto, el sodio intracelular bajo y un calcio intracelular muy bajo (bomba de cationes); hemoglobina en forma oxidada; elevados niveles de glutatión reducido; integridad y deformabilidad de la membrana. [editar]Vía Embden–Meyerhof o glucólisis Proporciona ATP para la regulación de la concentración intracelular de cationes (Na+, K+, Ca2+, Mg2+) a través de bombas de cationes. El eritrocito obtiene energía en forma de ATP del desdoblamiento de la glucosa por esta vía. Aproximadamente 90 a 95 por ciento del consumo celular de oxígeno utiliza esta vía. Los eritrocitos normales no tienen depósitos de glucógeno. Dependen por completo de la glucosa ambiental para la glucólisis. La glucosa penetra a la célula mediante difusión facilitada, un proceso que no consume energía. Es metabolizada a lactato, donde produce una ganancia neta de dos moles de ATP por un mol de glucosa. [editar]Ciclo de las pentosas Proporciona nicotinamida-adenina dinucleótido fosfato y glutatión reducido para reducir oxidantes celulares. Aproximadamente el 5% de la glucosa celular ingresa a la vía oxidativa de las pentosas, un sistema auxiliar para producir coenzimas reducidas. El glutatión reducido protege a la célula contra muchas lesiones producidas por agentes oxidantes permanentes. Los oxidantes dentro de la célula oxidan los grupos sulfhidrilo (SH) de la hemoglobina, a menos que los oxidantes sean reducidos por el glutatión reducido. Es por esto que es crucial en el eritrocito la función de esta vía. [editar]Vía de la hemoglobina reductasa Protege a la hemoglobina de la oxidación vía la NADH y metahemoglobina reductasa. Se trata de una vía alterna a la vía Embden–Meyerhof, esencial para mantener al hierro hem en el estado reducido Fe++. La hemoglobina con el hierro en estado férrico, Fe3+, es conocida como metahemoglobina. Esta forma de hemoglobina no logra combinarse con el oxígeno. La metahemoglobina reductasa, en unión con el NADH producido por la vía Embden–Meyerhof, protege al hierro hemo de la oxidación. Sin este sistema, el 2 por ciento de la metahemoglobina formada todos los días se elevaría, con el tiempo, a un 2040 por ciento, con lo que se limitaría gravemente la capacidad transportadora de oxígeno Algunos insectos no tienen L-lactato deshidrogenasa y son completamente dependientes de la lanzadera del glicerol-3-fosfato para regeneral el NAD+ citosólico. y se une con fuerza a la desoxihemoglobina. un intermedio glicolítico. El incremento en la concentración de difosfoglicerato facilita la liberación de oxígeno a los tejidos mediante la disminución en la afinidad de la hemoglobina por el oxígeno. Un par de electrones se transfiere desde el glicerol-3-fosfato al grupo prostético FAD de la enzima para producir FADH2. Por último. y tiene por finalidad evitar la formación de 3–fosfoglicerato y ATP. con lo que la hemoglobina se mantiene en estado desoxigenado y se facilita la liberación de oxígeno. Esto provoca cianosis. para formar glicerol-3fosfato. El glicerol-3-fosfato es reoxidizado a dihidroxiacetona fosfato en la superficie exterior de la membrana interior mitocondrial por una isozima de la glicerol-3-fosfato dehidrogenasa unida a la membrana. el eritrocito cuenta con un mecanismo interno para la regulación del aporte de oxígeno a los tejidos Lanzadera de electrones del glicerol-3-fosfato Durante la glicólisis se genera NADH en el citosol en la oxidación del gliceraldehído-3fosfato y se debe regenerar más NAD+ para que la glicólisis continue. Lanzaderas (Los mamíferos sudamos. la flavina reducida transfiere sus electrones a al transportador de electrones Q que entra en la cadena respiratoria como QH2.en la sangre. los electrones del NADH citosólico son transportados a la mitocondria por la lanzadera del malato-aspartato que está formada por 2 transportadores y 4 enzimas (2 unidades de la malato deshidrogenasa y 2 unidades de la aspartato transaminasa). Los medicamentos oxidantes pueden interferir con la metahemoglobina reductasa y producir valores aún más elevados de metahemoglobina. Esta reacción regenera la dihidroxiacetona fosfato. sean transportados a través de esta membrana. La lanzadera del glicerol-3-fosfato se utiliza mucho en los músculos ya que permite mantener una alta velocidad de fosforilación oxidativa. en el corazón y en el hígado. la transpiración es de las plantas) .De esta manera. El DPG (2. En cambio. El primer paso es transferir un par de electrones desde el NADH a la dihidroxiacetona fosfato.3-bifosfoglicerato) está presente en el eritrocito en una concentración de un mol BPG/mol de hemoglobina. Esta reacción es catalizada por la glicerol-3-fosfato deshidrogenasa en el citosol. La solución es que los electrones del NADH. El NADH no puede pasar a la mitocondria para ser oxidado por la cadena respiratoria ya que la membrana interior mitocondrial es impermeable al NADH y NAD+. [editar]Ciclo de Rapoport–Luebering Este ciclo es parte de la vía Embden–Meyerhof. en vez del propio NADH. Una de las maneras de introducir electrones del NADH en la cadena respiratoria es la lanzadera del glicerol-3-fosfato. puede ir a la cadena transportadora de electrones y podría generar 2 ATP. Las lanzaderas que estudiaremos son las que tiene que ver con el balance energético. por lo tanto necesito un sistema para ingresarlo y que la mitocondria pueda generar ATP. desde el citoplasma a la matriz mitocondrial (por eso les llaman lanzaderas. vamos reducir el NAD a NADH. donde el rendimiento neto es 1 NAD+. para que se mantenga este proceso de glicólisis. la cadena transportadora de electrones y la síntesis de ATP? Se producían entre 36 y 40 moléculas de energía dependen de las lanzaderas que se utilicen para los procesos. es decir. porque son transportadores que están dentro de la célula). Este compuesto entrega electrones al lanzadera transportador. este NADH que queda acumulado en el citoplasma. los que no pueden pasar libremente desde el citoplasma de la célula a la matriz mitocondrial. Al entregar el poder reductor a la dihidroxicetona fosfato esta se va a reducir. entregando el poder reductor a la cadena transportadora de electrones en la matriz mitocondrial. Una manera de hacerlo es la lanzadera glicerol-3-fosfato. y en presencia de oxigeno pasamos u oxidamos el NAD a NAD+ utilizamos esa lanzadera. ¿Porque existen las lanzaderas? Porque existen barreras físicas. Al hacer este proceso va a entregar electrones al FAD que esta a nivel de la periplasma. el ciclo de Krebs. produce neto 2 moléculas de ATP). lo cual va a permitir que se reduzca una molécula de FAD a FADH2. entonces ahí se puede seguir el circuito de la glicólisis. en la glicólisis vamos a producir NADH. y el NADH se va a oxidar. y lo hace entregando los electrones y protones a intermediarios que lo internalizan dentro de la mitocondria. Recuerden que la glicólisis funciona si hay disponible NAD+ (es autosuficiente de energía. entra en la matriz mitocondrial. del espacio intermembrana. por lo tanto este NAH+ tiene que regenerarse. oxidar nuevamente mediante la fermentación láctica o alcohólica da lo mismo.Las lanzaderas según Leningher (transportadores para el profe). y como lo hace: en ausencia de oxigeno. para eso utilizaremos las lanzaderas. porque se encuentra con la membrana interna de la mitocondria. el FADH va a . se va a oxidar por ejemplo: la dihidroxicetona fosfato a glicerol3-fosfato. y en el espacio periplasmico va a poder oxidarse. y 2 ATP. y vamos a obtener glicerol 3 fosfato.3-bifosfoglicerato. Entonces vamos a transformar la glucosa en gliceraldehido-3-fosfato. éste lo vamos a re-oxidar utilizando la enzima glicerol-3fosfato deshidrogenasa que está a nivel citosólico. por la cara P. Esta lanzadera esta acoplada a la cadena transportadora de electrones directamente. ¿Cuanto ATP se producían entre la glucólisis. NADH. ¿Que pasa cuando existe oxigeno? (porque sin oxigeno el piruvato pasa lactato o etanol para regenerar los NADH) Cuando ahí oxigeno la cadena transportadora de electrones esta funcionando. Acoplaremos esta producción de NADH que esta reducido. las necesitamos para transportar moléculas. que es prácticamente impermeable. y el paso en que vamos a fosforilar el gliceraldehido-3-fosfato a 1. Luego este glicerol-3-fosfato va a poder penetrar al interior de la mitocondria. desde glicerol 3 fosfato a dihidroxicetona fosfato. que impiden el paso del poder reductor de una localización subcelular a otra. al estar con la cara P va a poder entregar electrones al FADH. En la glicólisis (de glucosa a piruvato): se produce poder reductor. si tengo mucho oxigeno esta oxidado. y tenemos la membrana interna mitocondrial (esta la enzima gliceraldehido deshidrogenasa mitocondria). ahí oxidarse. le da la pasa a los protones desde la matriz mitocondrial hasta el espacio intermembrana Acuérdense que la mitocondria tiene 2 membranas: tenemos el citoplasma. este poder reductor que va a reducir a la ubiquinina. es ahí donde le entrega a la proteína. tengo que pasar de GAP a dihidroxicetona fosfato? No. ocurre en el espacio entre membranas. que va a oxidar desde glicerol-3-fosfato a dihidroxicetona fosfato. . y éste va entregar electrones a la ubiquinina. que hay en el citoplasma (olvida glicólisis). y esto va a entregar electrones al complejo 3. llegar al espacio intermembrana.? Esto se va a oxidar. va a quedar con estado reducido. Pregunta X. por lo tanto el FADH se va a reducir ¿Pero no se supone que en la glucólisis.. Entonces el NADH de la glicólisis se oxidaba a NAD+. para reducirla a glicerol-3-fosfato. Estos compuestos pequeños pueden atravesar esta membrana externa que no es tan selectiva. Éste pasa la membrana mitocondrial externa. llega al espacio periplasmico y ahí se va a encontrar con una enzima mitocondrial. Y el DH… vuelve a salir desde el espacio intermembrana al citosol de la célula. Se produjo poder reductor y tenemos que volver a señalar el NAD+. y reducirse nuevamente para mantener el flujo de electrones desde le citosol hasta la matriz mitocondrial. pero en este caso el glicerol-3-fosfato puede atravesarla. Entonces tú tienes 2 transportadores. tampoco dejan pasar a cualquiera. Al oxidar vamos reducir el FAD. Si yo le entrego electrones a la ubiquinina. a la lanzadera GAP deshidrogenasa mitocondrial. llega a donde está la deshidrogenasa mitocondrial. respuesta: que ocurre en el citoplasma? el NADH se va a utilizar para reducir la dihidroxicetona fosfato. y esto va a permitir la apertura del canal de protones. la membrana de la célula. Esta es la primera opción: la lanzadera glicerol-3-fosfato Otra es la lanzadera MalatoAspartato: (Es un poco mas complicada) Tenemos nuevamente la glucólisis. El glicerol-3fosfato pasa la 1era membrana. y la membrana externa mitocondrial (donde esta el glicerol-3-fosfato deshidrogenasa). Esto es un sistema recircularizado. porque si tengo mucho H esta reducido.entregar electrones a la ubiquinina. va a quedar una ubiquinina reducida. esto hacia que se redujera la dihidroxicetona fosfato a glicerol-3-fosfato. y la ubiquinina va a abrir un canal de protones. Entonces el glicerol-3-fosfato va a pasar y se va a transformar en dihidroxicetona fosfato para que salga. y le entrega electrones oxidándose. y la dihidroxicetona fosfato puede salir al citoplasma. el glicerol 3-fosfato puede pasar la membrana externa. porque esto no ocurre en la glicólisis. uno que da el poder reductor y otro que se vuelve para mantener el ciclo. el complejo 3 se va a reducir. por lo tanto los protones de la matriz van a pasar al espacio intermembrana. para mantener el tiraje de la glicólisis. en el citosol o citoplasma de la célula. Pregunta: ¿cuando pasa el NADH al NAD por el glicerol 3 fosfato deshidrogenasa.. pero no así a la membrana interna. Vamos a reducir el OAA (Oxalacetato) en Malato. el OAA a Aspartato. tendríamos que producir 3 ATP. el NADH se va a oxidar. no perdemos.Entonces vamos a transformar este poder reductor NADH a poder reductor NADH en la matriz mitocondrial. y adentro se va a transformar en OAA. por lo tanto el OAA se va reducir a Malato. . Pero el proceso es más complicado. Vamos a transformar NADH en NADH. El malato puede perfectamente pasar la 1era y 2da membrana mitocondrial. debemos pasar por 2 intermediarios. y el aspartato va a poder salir y va a ser transformado nuevamente en OAA para mantener el sistema.